IrO x · n H 2 O with lattice water–assisted oxygen exchange for high-performance proton exchange membrane water electrolyzers

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作者
Jun Xu,Huanyu Jin,Teng Lü,Junsheng Li,Yun Liu,Kenneth Davey,Yao Zheng,Shi Zhang Qiao
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:9 (25) 被引量:127
标识
DOI:10.1126/sciadv.adh1718
摘要

The trade-off between activity and stability of oxygen evolution reaction (OER) catalysts in proton exchange membrane water electrolyzer (PEMWE) is challenging. Crystalline IrO2 displays good stability but exhibits poor activity; amorphous IrOx exhibits outstanding activity while sacrificing stability. Here, we combine the advantages of these two materials via a lattice water-incorporated iridium oxide (IrOx·nH2O) that has short-range ordered structure of hollandite-like framework. We confirm that IrOx·nH2O exhibits boosted activity and ultrahigh stability of >5700 hours (~8 months) with a record-high stability number of 1.9 × 107 noxygen nIr-1. We evidence that lattice water is active oxygen species in sustainable and rapid oxygen exchange. The lattice water-assisted modified OER mechanism contributes to improved activity and concurrent stability with no apparent structural degradation, which is different to the conventional adsorbate evolution mechanism and lattice oxygen mechanism. We demonstrate that a high-performance PEMWE with IrOx·nH2O as anode electrocatalyst delivers a cell voltage of 1.77 V at 1 A cm-2 for 600 hours (60°C).
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